JP2013053985A - Force sensor, force detection device, robot hand, and robot - Google Patents
Force sensor, force detection device, robot hand, and robot Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013053985A JP2013053985A JP2011193594A JP2011193594A JP2013053985A JP 2013053985 A JP2013053985 A JP 2013053985A JP 2011193594 A JP2011193594 A JP 2011193594A JP 2011193594 A JP2011193594 A JP 2011193594A JP 2013053985 A JP2013053985 A JP 2013053985A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- piezoelectric element
- force sensor
- crystal
- detection device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、水晶などの圧電材料から成る圧電素子を用いて、力を検出する力センサーに関する。 The present invention relates to a force sensor that detects force using a piezoelectric element made of a piezoelectric material such as quartz.
水晶など単結晶の圧電効果を利用した力センサーでは、結晶方位による圧電効果の異方性により、加えられた力成分を分解して検出する。そのような水晶圧電素子を用いた水晶圧電式力センサーは、2つのプレート間に複数の水晶圧電素子を重ね合わせた構造となっており、2つのプレートで力を受けて水晶圧電素子に伝達し、水晶圧電素子に加えられた力成分を検出するようになっている。具体的には、複数の水晶圧電素子は、3種類に分類されて、垂直方向(z方向)の力に対して感度を有する水晶圧電素子(z方向用水晶圧電素子)と、水平方向(x方向)の力に感度を有する水晶圧電素子(x方向用水晶圧電素子)と、x方向に直交する水平方向(y方向)の力に感度を有する水晶圧電素子(y方向用水晶圧電素子)とで構成され、加えられた力をxyz方向の力成分に分解して検出する。 In a force sensor using the piezoelectric effect of a single crystal such as quartz, the applied force component is decomposed and detected by the anisotropy of the piezoelectric effect depending on the crystal orientation. A crystal piezoelectric force sensor using such a crystal piezoelectric element has a structure in which a plurality of crystal piezoelectric elements are overlapped between two plates, and the force is received by two plates and transmitted to the crystal piezoelectric element. The force component applied to the crystal piezoelectric element is detected. Specifically, the plurality of crystal piezoelectric elements are classified into three types, and crystal piezoelectric elements (z-direction crystal piezoelectric elements) having sensitivity to a force in the vertical direction (z direction) and horizontal directions (x Crystal piezoelectric element (x-direction crystal piezoelectric element) sensitive to the force in the direction), and crystal piezoelectric element (y-direction crystal piezoelectric element) sensitive to the force in the horizontal direction (y direction) orthogonal to the x direction. The applied force is decomposed into force components in the xyz direction and detected.
従来の水晶圧電式力センサーにおける水晶圧電素子は、円盤形(特許文献1参照)、またはワッシャ形に形成されていた。また、力センサーではなく圧電振動素子として用いられる水晶圧電素子としては、長方形に形成されたものも存在した(特許文献2参照)。 The quartz crystal piezoelectric element in the conventional quartz piezoelectric force sensor has been formed in a disk shape (see Patent Document 1) or a washer shape. In addition, as a quartz crystal piezoelectric element used as a piezoelectric vibration element instead of a force sensor, there is a rectangular piezoelectric element (see Patent Document 2).
しかしながら、円盤形やワッシャ形の場合、水晶圧電素子をウエハから切り出して形成する際、外周形状が円形であるが故に、無駄なく形成することができないという問題があった。また、水晶圧電素子を重ね合わせて力センサーを組み立てる場合、特に、水平方向の水晶圧電素子(x方向用水晶圧電素子,y方向用水晶圧電素子)については、その水晶圧電素子の結晶方位を、検出する力成分の方向(すなわち、x方向,y方向)に正確に合わせて組み立てることが非常に困難であった。 However, in the case of a disk shape or a washer shape, when the crystal piezoelectric element is cut out from the wafer and formed, there is a problem that it cannot be formed without waste because the outer peripheral shape is circular. Also, when assembling a force sensor by superimposing crystal piezoelectric elements, especially for horizontal crystal piezoelectric elements (x-direction crystal piezoelectric elements, y-direction crystal piezoelectric elements), the crystal orientation of the crystal piezoelectric element is It has been very difficult to assemble accurately according to the direction of the force component to be detected (that is, the x direction and y direction).
一方、長方形の場合は、水晶圧電素子をウエハから形成する際、ウエハを直線状に切断するだけで容易に無駄なく形成することができる。しかし、そのような長方形の水晶圧電素子を重ね合わせて力センサーとする場合、水平方向の水晶圧電素子(x方向用水晶圧電素子,y方向用水晶圧電素子)については結晶方位を異ならせる必要があるため、x方向用水晶圧電素子とy方向用水晶圧電素子とを、各々、別々のウエハから切り出す必要があった。その結果、x方向とy方向とで力センサーの感度が違ってしまうという問題があった。 On the other hand, in the case of a rectangular shape, when the crystal piezoelectric element is formed from a wafer, it can be easily formed without waste simply by cutting the wafer in a straight line. However, when such rectangular crystal piezoelectric elements are superposed to form a force sensor, the crystal orientation of the horizontal crystal piezoelectric elements (the crystal piezoelectric element for x direction and the crystal piezoelectric element for y direction) needs to be different. For this reason, it is necessary to cut out the x-direction crystal piezoelectric element and the y-direction crystal piezoelectric element from separate wafers. As a result, there is a problem that the sensitivity of the force sensor differs between the x direction and the y direction.
この発明は、従来の技術が有する上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、圧電素子をウエハから容易に形成することができ、しかも、x方向とy方向とで感度の違いが生じることのない力センサーを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve at least a part of the above-described problems of the prior art. The piezoelectric element can be easily formed from a wafer, and the sensitivity in the x direction and the y direction is improved. It is an object to provide a force sensor that does not cause a difference.
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の力センサーは次の構成を採用した。すなわち、
圧電材料から成る複数の圧電素子と複数の電極板とを積層して成る力センサーであって、
前記圧電素子の外周形状は、
少なくとも4つの辺を有し、
該4つの辺のうちの第1辺と第2辺とは互いに平行で、且つ、該4つの辺のうちの第3辺と第4辺とは互いに平行であり、
該第1辺と該第2辺との間隔と、該第3辺と該第4辺との間隔とは等しく、
該第1辺の延長線と該第3辺の延長線とは直交する形状である
ことを特徴とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, the force sensor of the present invention employs the following configuration. That is,
A force sensor formed by laminating a plurality of piezoelectric elements made of piezoelectric material and a plurality of electrode plates,
The outer peripheral shape of the piezoelectric element is
Has at least four sides,
The first side and the second side of the four sides are parallel to each other, and the third side and the fourth side of the four sides are parallel to each other,
The distance between the first side and the second side is equal to the distance between the third side and the fourth side,
The extension line of the first side and the extension line of the third side are orthogonal to each other.
このような外周形状を有する圧電素子であれば、圧電素子をウエハから形成する際に、ウエハを直線状に切断するだけで容易に形成することができる。また、圧電素子および電極板を積層する積層方向に対して垂直な方向をx方向,y方向(ただし、y方向はx方向に直交する方向)とした場合、同一のウエハから切断したものを90度回転させるだけで、x方向の力に対して感度を有するx方向用圧電素子、およびy方向の力に対して感度を有するy方向用圧電素子として、共通して使用することができる。このため、x方向とy方向の感度を揃えることができる。 A piezoelectric element having such an outer peripheral shape can be easily formed by simply cutting the wafer in a straight line when forming the piezoelectric element from the wafer. Further, when the direction perpendicular to the stacking direction in which the piezoelectric element and the electrode plate are stacked is the x direction and the y direction (where the y direction is a direction perpendicular to the x direction), 90 cut from the same wafer is used. It can be used in common as an x-direction piezoelectric element having sensitivity to an x-direction force and a y-direction piezoelectric element having sensitivity to a y-direction force. Therefore, the sensitivity in the x direction and the y direction can be made uniform.
また、上述した本発明の力センサーにおいては、圧電素子の外周形状を、正方形から角部を切り欠いたような形状とすることもできるが、正方形とすることが望ましい。 Further, in the above-described force sensor of the present invention, the outer peripheral shape of the piezoelectric element can be a shape obtained by cutting a corner from a square, but is preferably a square.
圧電素子の外周形状が正方形であれば、ウエハから容易に切り出すことが可能である。また、正方形であれば、90度回転させると全く同じ形状になるので、x方向用圧電素子とy方向用圧電素子とを90度回転させて積層する際に、位置合わせをしながら容易に積層することが可能となる。 If the outer peripheral shape of the piezoelectric element is square, it can be easily cut out from the wafer. In addition, if it is a square, it will be exactly the same shape when rotated 90 degrees, so it is easy to stack while aligning the x-direction piezoelectric element and the y-direction piezoelectric element by rotating 90 degrees. It becomes possible to do.
また、上述した本発明の力センサーにおいて、圧電素子と電極板とは交互に積層され、圧電素子は、圧電素子の外周形状の中央部分で隣接する電極板と接触し、接触面が円形またはワッシャ形となるようにしてもよい。例えば、圧電素子の中央部分を、円形またはワッシャ形に突設させて、突設させた部分の頂面で電極板と接触するようにしてもよい。あるいは逆に、電極板の中央部分を円形またはワッシャ形に突設させてもよい。更には、圧電素子と圧電素子との間に、円形またはワッシャ形の電極板を挟むようにしても良い。 In the force sensor of the present invention described above, the piezoelectric elements and the electrode plates are alternately stacked, and the piezoelectric elements are in contact with the adjacent electrode plates at the central portion of the outer peripheral shape of the piezoelectric elements, and the contact surface is circular or washer. You may make it form. For example, the central portion of the piezoelectric element may be projected in a circular shape or a washer shape, and may be in contact with the electrode plate at the top surface of the projected portion. Or conversely, the central portion of the electrode plate may be projected in a circular or washer shape. Furthermore, a circular or washer-shaped electrode plate may be sandwiched between the piezoelectric elements.
このようにすれば、力センサーに力が加わった際に、圧電素子は、円形またはワッシャ形の接触面で力を受けることになるため、応力集中が生じない。その結果、圧電素子の破壊に対する耐性を向上させることが可能となる。 In this way, when a force is applied to the force sensor, the piezoelectric element receives a force on the circular or washer-shaped contact surface, so that no stress concentration occurs. As a result, it is possible to improve the resistance against the destruction of the piezoelectric element.
また、上述した本発明の力センサーにおいて、圧電素子は、圧電素子および電極板を積層する積層方向に対して垂直な方向の力に対して感度を有する特定圧電素子(例えば、上述したx方向用圧電素子,y方向用圧電素子)を含み、その特定圧電素子には、感度の方向を示す目印を形成しておいてもよい。
このようにすれば、各圧電素子を力検出に必要な結晶方位に揃えて、容易に積層配置することが可能となる。
In the force sensor of the present invention described above, the piezoelectric element is a specific piezoelectric element having sensitivity to a force in a direction perpendicular to the stacking direction in which the piezoelectric element and the electrode plate are stacked (for example, for the x direction described above). A mark indicating the direction of sensitivity may be formed on the specific piezoelectric element.
In this way, it is possible to easily stack and arrange each piezoelectric element with the crystal orientation necessary for force detection.
また、上述した本発明の力センサーにおいて、特定圧電素子が感度を有する方向は、第1辺または第3辺に平行な方向であるようにしてもよい。
このようにすれば、感度を有する方向を揃えて、各圧電素子を容易に積層することが可能となる。
In the force sensor of the present invention described above, the direction in which the specific piezoelectric element has sensitivity may be a direction parallel to the first side or the third side.
If it does in this way, it will become possible to laminate | stack each piezoelectric element easily, aligning the direction which has a sensitivity.
さらに、上述した本発明の力センサーにおいて、互いに直交するx方向,y方向,z方向の三軸に対し、圧電素子が、x方向の力に感度を有するx方向用圧電素子と、y方向の力に感度を有するy方向用圧電素子と、z方向の力に感度を有するz方向用圧電素子と、を含み、三軸方向の力を検出することができるようにしてもよい。
このようにすれば、1つの力センサーで、三軸方向の力を検出することが可能となる。
Further, in the above-described force sensor of the present invention, the piezoelectric element is sensitive to the force in the x direction with respect to the three axes in the x, y, and z directions orthogonal to each other, and the y direction piezoelectric element. It may include a y-direction piezoelectric element that is sensitive to force and a z-direction piezoelectric element that is sensitive to z-direction force, and may be able to detect a triaxial force.
If it does in this way, it will become possible to detect the force of a triaxial direction with one force sensor.
本発明の力検出装置は、上述した力センサーを2つ以上備え、所望の軸回りのモーメントを検出することができるようにしてもよい。
このようにすれば、軸方向の力成分だけでなく、軸回りのモーメントを容易に検出することができる。
The force detection device of the present invention may include two or more force sensors as described above, and may detect a moment around a desired axis.
In this way, not only the axial force component but also the moment around the axis can be easily detected.
また、上述した力検出装置において、力センサーを3つ以上備え、同一の直線上に並ばないように配置し、三軸方向の力、および三軸回りのモーメントを検出することができるようにしてもよい。 Further, in the above-described force detection device, three or more force sensors are provided so as not to be arranged on the same straight line so that the force in the three axis directions and the moment around the three axes can be detected. Also good.
このようにすれば、三軸方向の力および三軸回りのモーメントを検出することができるので、たとえばロボットや各種の機械類などに搭載するセンサーとして好適に用いることが可能となる。 In this way, the force in the triaxial direction and the moment about the triaxial direction can be detected, so that it can be suitably used as a sensor mounted on, for example, a robot or various machines.
また、本発明の力センサーを2つ以上備えて構成される力検出装置を用いて、ロボットハンドあるいはロボットを動作させることとしてもよい。
上述したように本発明の力センサーを2つ以上備えた力検出装置は、軸方向の力成分だけでなく、軸回りのモーメントを容易に検出することができる。このため、本発明の力検出装置を搭載してロボットハンドやロボットを動作させることとすれば、小型で高性能のロボットハンドあるいはロボットを実現することができる。
Moreover, it is good also as operating a robot hand or a robot using the force detection apparatus comprised including two or more force sensors of this invention.
As described above, the force detection device including two or more force sensors of the present invention can easily detect not only the axial force component but also the moment around the axis. For this reason, if the robot hand or robot is operated by mounting the force detection device of the present invention, a small and high performance robot hand or robot can be realized.
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
A.力センサーの構成:
B.力センサーの動作:
C.力検出装置の構成および動作:
D.変形例:
Hereinafter, in order to clarify the contents of the present invention described above, examples will be described in the following order.
A. Force sensor configuration:
B. Force sensor operation:
C. Configuration and operation of force detector:
D. Variations:
A.力センサーの構成:
図1は、本実施例の力センサー100の構造を示した分解斜視図である。図1に示されるように力センサー100は、上部プレート102と下部プレート104との間に、電極板106と、外周形状が正方形を成す水晶板から成る水晶圧電素子108と、を交互に複数積層して構成されている。電極板106は、導電性を備える金属、例えば、チタニウム、アルミニウム、銅、鉄などの単体もしくは合金を用いることができる。例えば、鉄合金としてステンレススチールを用いることも可能であり、耐久性,耐食性が優れることから好適に用いられる。隣り合う2枚の電極板106の間には、1つの水晶圧電素子108の他、1枚のフッ素樹脂スペーサ110が挟持されている。そのフッ素樹脂スペーサ110の中央部には、正方形状の貫通孔が開いており、その貫通孔内に上記水晶圧電素子108が配置されることによって、水晶圧電素子108はxy平面において位置決めされる。
A. Force sensor configuration:
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of the
上部プレート102には、2つの貫通孔116が開いている。各電極板106および各フッ素樹脂スペーサ110には、それぞれ、2つずつ円形状の貫通孔が開いている。一方、上部プレート102と下部プレート104との間には、円筒のパイプ形状を成すフッ素樹脂スリーブ112が2つ配置されている。上部プレート102と下部プレート104との間に、各電極板106および各フッ素樹脂スペーサ110をそれぞれ積層する際、電極板106およびフッ素樹脂スペーサ110にそれぞれ設けられた2つの円形の貫通孔に、2つのフッ素樹脂スリーブ112がそれぞれ貫挿するように積層する。その上で、上部プレート102の上方より2本の与圧ボルト114を貫通孔116に挿入し、フッ素樹脂スリーブ112内を貫挿し、下部プレート104に螺合する。これにより、各電極板106および各フッ素樹脂スペーサ110はxy平面において位置決めされると共に、各電極板106および各水晶圧電素子108には、z方向において一定の圧力が加えられる。
Two through
図2は、図1に示す力センサー100の断面を模式的に示した説明図である。図2に示されるように、上部プレート102と下部プレート104との間には、正確には、7枚の電極板106a〜106gと、6つの水晶圧電素子108a〜108fが積層されている。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a cross section of the
7枚の電極板106a〜106gのうち、電極板106b,106d,106fは、それぞれ、出力信号線に接続されている。また、電極板106a,106c,106e,106gは、それぞれ、接地されている。
Of the seven
一方、6つの水晶圧電素子108a〜108fのうち、真ん中の2つの水晶圧電素子108c,108dは、圧縮方向、すなわち、z方向の力に感度を有する水晶圧電素子(z方向用水晶圧電素子)であり、いわゆるX板の水晶板から成る。水晶のX方位は矢印で示すようにz方向に沿っており、上に位置する水晶圧電素子108cと下に位置する水晶圧電素子108dとで、互いに逆向きになっている。下側の2つの水晶圧電素子108e,108fは、水平方向のうち、x方向の力に感度を有する水晶圧電素子(x方向用水晶圧電素子)である。水晶のX方位は矢印で示すようにx方向に沿っており、上に位置する水晶圧電素子108eと下に位置する水晶圧電素子108fとで、互いに逆向きになっている。上側の2つの水晶圧電素子108a,108bは、水平方向のうち、y方向の力に感度を有する水晶圧電素子(y方向用水晶圧電素子)である。水晶のX方位は記号で示すようにy方向に沿っており、上に位置する水晶圧電素子108aと下に位置する水晶圧電素子108bとで、互いに逆向きになっている。
On the other hand, among the six crystal
図3は、図1における水晶圧電素子108の形状を示す説明図である。図3(a)は水晶圧電素子108を上方から示した平面図であり、図3(b)は水晶圧電素子108の側面を示す側面図である。図3に示されるように、本実施例において、各水晶圧電素子108(すなわち、108a〜108f)は、前述したとおり、それぞれ、外周形状が正方形を成す水晶板から成っている(図3(a)を参照)。さらに、水晶圧電素子108の中央には、頂面に円形の受圧面134を有する受圧部132が形成されており、全体としてメサ形状に形成されている。従って、この水晶圧電素子108が2枚の電極板106の間に配置された際、一方の電極板106とは円形の受圧面134で接することになる。また、水晶圧電素子108の角部表面には、水晶の結晶方位(この場合、水晶のX方位)を示す目印136が記されている。この目印136は、水晶圧電素子108に受圧部132を形成する際に同時に形成される。
FIG. 3 is an explanatory view showing the shape of the quartz crystal
B.力センサーの動作:
力センサー100に力が加わった場合、上部プレート102および下部プレート104は、その力を受けて、各水晶圧電素子108a〜108fに伝達する。各水晶圧電素子108a〜108fは、それぞれ、圧電効果により、水晶の結晶方位に応じた力成分を検出する。すなわち、図2に示すように、y方向用水晶圧電素子108a,108bでは、前述したとおり、水晶のX方位がy方向に沿っているため、y方向の力成分を検出し、その検出値に基づいた電気信号をFy信号として電極板106bより出力信号線へと出力する。同様に、z方向用水晶圧電素子108c,108dでは、水晶のX方位がz方向に沿っているため、z方向の力成分を検出し、その検出値に基づいた電気信号をFz信号として電極板106dより出力信号線へと出力する。x方向用水晶圧電素子108e,108fでは、水晶のX方位がx方向に沿っているため、x方向の力成分を検出し、その検出値に基づいた電気信号をFx信号として電極板106fより出力信号線へと出力する。
B. Force sensor operation:
When a force is applied to the
本実施例における力センサー100では、水晶圧電素子108の外周形状が正方形であるため、水晶圧電素子108をウエハから形成する際、ウエハを直線状に切断するだけで容易に無駄なく形成することができる。また、外周形状が正方形であるため、同一のウエハから正方形に切断したものを、90度回転させるだけで、x方向用水晶圧電素子108e,108fおよびy方向用水晶圧電素子108a,108bとして、共通して使用することができる。そのため、力センサー100において、x方向とy方向の感度を揃えることができる。さらに、水晶圧電素子108の外周形状が正方形であると共に、水晶圧電素子108の表面に水晶の結晶方位を示す目印136が記されているため、各水晶圧電素子108を力検出に必要な結晶方位に揃えて、容易に積層配置することができる。また、水晶圧電素子108の中央には、受圧面134が円形を成す受圧部132が形成されており、力センサー100に力が加わった際、水晶圧電素子108は、円形の受圧面134で力を受けることになるため、応力集中が発生することが無く、破壊に対する耐性を向上させることが可能となる。
In the
なお、力センサー100は、外力を受けて水晶板に発生した電荷を、電極で検出することを動作原理としている。水晶板で発生した電荷を効率よく検出するという観点からすれば、本実施例のように、水晶圧電素子108の中央に設けられた円形の受圧面134で電極と接触する構造は、水晶板と電極板との接触面積が狭くなってしまうため、必ずしも好ましいものではない。しかし、力センサー100は大きな荷重がかかるものであり、水晶圧電素子108の破壊に対する耐性を向上させることも重要である。そこで、本実施例では、破壊に対する耐性を向上させる観点から、敢えて、水晶板と電極板とを中央部分で円形の接触面(すなわち、受圧面134)で接触させる構造を採用している。
Note that the
C.力検出装置の構成および動作:
図4は、図1に示す力センサー100を4つ備えた力検出装置200の外観を示す斜視図である。図4に示されるように、力検出装置200では、上部プレート102および下部プレート104は、それぞれ円盤形状を成しており、各力センサー100a〜100dで共有されている。各力センサー100a〜100dは、それぞれ、円周に沿って、90度ずつ隔てて配置されており、3つ以上の力センサー100が同一直線上に並ばないように配置されている。
C. Configuration and operation of force detector:
FIG. 4 is a perspective view showing an appearance of a
前述したとおり、力センサー100は、力センサー100に加わる力をxyz方向の力成分に分解した状態で検出することができる。そのため、力検出装置200では、任意の2つの力センサー100を組み合わせることによって、一方向のモーメントを検出することができる。しかも、力検出装置200では、3つ以上の力センサー100を用い、それら力センサー100が同一の直線上に並ばないように配置しているので、三軸方向の力、および三軸回りのモーメントを同時に検出することができる。
As described above, the
D.変形例:
以上、本実施例の力センサー100および力検出装置200について説明したが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
D. Variations:
The
例えば、上述した実施例では、水晶圧電素子108の外周形状を正方形としたが、正方形の角部が切り欠かれた形状、例えば、六角形や八角形などであってよい。少なくとも正方形の四辺の各々一部が残っている形状であればよい。
For example, in the embodiment described above, the outer peripheral shape of the quartz crystal
上述した実施例では、水晶圧電素子108の中央に形成された受圧部132は、受圧面134が円形を成していたが、円形に代えて、ワッシャ形にしてもよい。このように、ワッシャ形の受圧面134で力を受けるようにしても、応力集中が少なく、破壊に対する耐性が向上する。
In the embodiment described above, the
上述した実施例または変形例では、水晶圧電素子108の破壊に対する耐性を向上させるために、水晶圧電素子108の中央に、受圧面134が円形またはワッシャ形を成す受圧部132を形成するようにしたが、水晶圧電素子108に隣接する電極板106の中央に、水晶圧電素子108との接触面が円形またはワッシャ形を成す凸部を形成するようにしてもよい。このように構成することによっても、水晶圧電素子108に対する応力集中が少なくなり、破壊に対する耐性が向上する。
In the above-described embodiment or modification, in order to improve the resistance against the destruction of the
上述した実施例では、圧電素子を構成する圧電材料として、水晶を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。圧電材料としては、水晶の他に、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)などのチタン酸系セラミックス、およびニオブ酸リチウム(LiNbO3)、酸化亜鉛(ZnO)などが好適に用いられる。 In the embodiment described above, quartz is used as the piezoelectric material constituting the piezoelectric element, but the present invention is not limited to this. As the piezoelectric material, in addition to quartz, titanate ceramics such as lead zirconate titanate (PZT) and barium titanate (BaTiO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), and zinc oxide (ZnO) are preferable. Used for.
また、図5に例示したように、本実施例の力検出装置200を用いてロボットハンド300、あるいはロボット400を構成しても良い。本実施例の力検出装置200は、軸方向の力だけでなく、軸回りのモーメントも計測できることから、小型で高性能のロボットハンドあるいはロボットを実現することが可能となる。
Further, as illustrated in FIG. 5, the
100…力センサー、 102…上部プレート、 104…下部プレート、
106…電極板、 108…水晶圧電素子、 110…フッ素樹脂スペーサ、
112…フッ素樹脂スリーブ、 114…与圧ボルト、 116…貫通孔、
132…受圧部、 134…受圧面、 136…目印、
200…力検出装置
100 ... Force sensor, 102 ... Upper plate, 104 ... Lower plate,
106 ... Electrode plate, 108 ... Quartz piezoelectric element, 110 ... Fluorine resin spacer,
112 ... Fluororesin sleeve, 114 ... Pressurizing bolt, 116 ... Through hole,
132 ... pressure receiving part, 134 ... pressure receiving surface, 136 ... mark,
200 ... Force detection device
Claims (10)
前記圧電素子の外周形状は、
少なくとも4つの辺を有し、
該4つの辺のうちの第1辺と第2辺とは互いに平行で、且つ、該4つの辺のうちの第3辺と第4辺とは互いに平行であり、
該第1辺と該第2辺との間隔と、該第3辺と該第4辺との間隔とは等しく、
該第1辺の延長線と該第3辺の延長線とが直交する形状である
ことを特徴とする力センサー。 A force sensor formed by laminating a plurality of piezoelectric elements made of piezoelectric material and a plurality of electrode plates,
The outer peripheral shape of the piezoelectric element is
Has at least four sides,
The first side and the second side of the four sides are parallel to each other, and the third side and the fourth side of the four sides are parallel to each other,
The distance between the first side and the second side is equal to the distance between the third side and the fourth side,
The force sensor, wherein the extension line of the first side and the extension line of the third side are orthogonal to each other.
前記圧電素子と前記電極板とは交互に積層されており、
前記圧電素子は、該圧電素子の外周形状の中央部分にある円形またはワッシャ形の接触面で、隣接する前記電極板と接触する
ことを特徴とする力センサー。 The force sensor according to claim 1 or 2,
The piezoelectric elements and the electrode plates are alternately stacked,
The piezoelectric element is in contact with the adjacent electrode plate at a circular or washer-shaped contact surface in a central portion of the outer peripheral shape of the piezoelectric element.
前記圧電素子は、前記圧電素子および前記電極板を積層する積層方向に対して垂直な方向の力に対して感度を有する特定圧電素子を含み、該特定圧電素子には、前記感度の方向を示す目印が形成されている
ことを特徴とする力センサー。 A force sensor according to any one of claims 1 to 3,
The piezoelectric element includes a specific piezoelectric element having sensitivity to a force in a direction perpendicular to a stacking direction in which the piezoelectric element and the electrode plate are stacked, and the specific piezoelectric element indicates the direction of the sensitivity. A force sensor characterized in that a mark is formed.
前記圧電素子は、前記圧電素子および前記電極板を積層する積層方向に対して垂直な方向の力に対して感度を有する特定圧電素子を含み、該特定圧電素子の感度の方向が、前記第1辺または前記第3辺に平行な方向である
ことを特徴とする力センサー。 A force sensor according to any one of claims 1 to 4,
The piezoelectric element includes a specific piezoelectric element having sensitivity to a force in a direction perpendicular to a stacking direction in which the piezoelectric element and the electrode plate are stacked, and the direction of sensitivity of the specific piezoelectric element is the first direction. A force sensor characterized by being in a direction parallel to the side or the third side.
互いに直交するx方向,y方向,z方向の三軸に対し、前記圧電素子は、x方向の力に感度を有するx方向用圧電素子と、y方向の力に感度を有するy方向用圧電素子と、z方向の力に感度を有するz方向用圧電素子と、を含み、前記三軸方向の力を検出する
ことを特徴とする力センサー。 A force sensor according to any one of claims 1 to 5,
For the three axes in the x, y, and z directions orthogonal to each other, the piezoelectric element includes an x direction piezoelectric element that is sensitive to x direction force and a y direction piezoelectric element that is sensitive to y direction force. And a z-direction piezoelectric element having sensitivity to the z-direction force, and detecting the triaxial force.
請求項6に記載の力センサーを2つ以上備え、所望の軸回りのモーメントを検出する
ことを特徴とする力検出装置。 A force detection device for detecting an applied force,
A force detection device comprising two or more force sensors according to claim 6 and detecting a moment about a desired axis.
3つ以上の前記力センサーを同一の直線上に並ばないように配置し、前記三軸方向の力、および三軸回りのモーメントを検出する
ことを特徴とする力検出装置。 The force detection device according to claim 7,
Three or more force sensors are arranged so as not to line up on the same straight line, and the force in the three-axis direction and the moment about the three axes are detected.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011193594A JP5866891B2 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | Force sensor, force detection device, robot hand, and robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011193594A JP5866891B2 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | Force sensor, force detection device, robot hand, and robot |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013053985A true JP2013053985A (en) | 2013-03-21 |
JP2013053985A5 JP2013053985A5 (en) | 2014-09-18 |
JP5866891B2 JP5866891B2 (en) | 2016-02-24 |
Family
ID=48131098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011193594A Expired - Fee Related JP5866891B2 (en) | 2011-09-06 | 2011-09-06 | Force sensor, force detection device, robot hand, and robot |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5866891B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105606271A (en) * | 2014-10-21 | 2016-05-25 | 精工爱普生株式会社 | Force detection apparatus and robot |
US9410856B2 (en) | 2012-08-22 | 2016-08-09 | Seiko Epson Corporation | Sensor device, sensor module, force detection device, and robot |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3566163A (en) * | 1967-09-05 | 1971-02-23 | Kistler Instrumente Ag | Multiple-component piezomeasuring cells |
JPS6034293A (en) * | 1983-08-03 | 1985-02-21 | 株式会社日立製作所 | Sensor for cutaneous sensation |
JP2002084008A (en) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Fdk Corp | Sheared piezoelectric element of laminated structure |
JP2003266994A (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-25 | Axiom Co Ltd | Writing instrument for writing discrimination system |
JP2005522688A (en) * | 2002-04-12 | 2005-07-28 | フラウンホファー−ゲゼルシャフト ツア フェデルンク デア アンゲヴァンテン フォルシュンク エーファウ | Non-push-in coupling control device |
JP2008516202A (en) * | 2004-10-07 | 2008-05-15 | ピエツォクリスト・アドヴァンスト・ゼンゾリクス・ゲー・エム・ベー・ハー | Sensor element having at least one measuring element having piezoelectric properties and pyroelectric properties |
JP2011158404A (en) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Kochi Univ Of Technology | Mobile floor reaction force measuring device |
-
2011
- 2011-09-06 JP JP2011193594A patent/JP5866891B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3566163A (en) * | 1967-09-05 | 1971-02-23 | Kistler Instrumente Ag | Multiple-component piezomeasuring cells |
JPS6034293A (en) * | 1983-08-03 | 1985-02-21 | 株式会社日立製作所 | Sensor for cutaneous sensation |
JP2002084008A (en) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Fdk Corp | Sheared piezoelectric element of laminated structure |
JP2003266994A (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-25 | Axiom Co Ltd | Writing instrument for writing discrimination system |
JP2005522688A (en) * | 2002-04-12 | 2005-07-28 | フラウンホファー−ゲゼルシャフト ツア フェデルンク デア アンゲヴァンテン フォルシュンク エーファウ | Non-push-in coupling control device |
JP2008516202A (en) * | 2004-10-07 | 2008-05-15 | ピエツォクリスト・アドヴァンスト・ゼンゾリクス・ゲー・エム・ベー・ハー | Sensor element having at least one measuring element having piezoelectric properties and pyroelectric properties |
JP2011158404A (en) * | 2010-02-02 | 2011-08-18 | Kochi Univ Of Technology | Mobile floor reaction force measuring device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9410856B2 (en) | 2012-08-22 | 2016-08-09 | Seiko Epson Corporation | Sensor device, sensor module, force detection device, and robot |
US9677953B2 (en) | 2012-08-22 | 2017-06-13 | Seiko Epson Corporation | Sensor device, sensor module, force detection device, and robot |
CN105606271A (en) * | 2014-10-21 | 2016-05-25 | 精工爱普生株式会社 | Force detection apparatus and robot |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5866891B2 (en) | 2016-02-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5895615B2 (en) | Sensor module, force detection device and robot | |
US9651377B2 (en) | Yaw rate sensor having three sensitive axes and method for manufacturing a yaw rate sensor | |
JP5866907B2 (en) | Force sensor, force detection device, robot hand, robot, and method of manufacturing force sensor | |
WO2014162687A1 (en) | Magnetic shield body for current sensor, and current sensor device | |
US10677667B2 (en) | Component transducer and multi-component transducer using such component transducer as well as use of such multi-component transducer | |
JP2013130433A (en) | Sensor module, force detection device and robot | |
US6919669B2 (en) | Electro-active device using radial electric field piezo-diaphragm for sonic applications | |
JP2016109568A (en) | Torque sensor | |
JP2013101018A (en) | Sensor element, force detecting device, and robot | |
JP5866891B2 (en) | Force sensor, force detection device, robot hand, and robot | |
JP4909607B2 (en) | 2-axis acceleration sensor | |
JP2016086405A (en) | Electroacoustic conversion device | |
JPWO2017082104A1 (en) | Piezoelectric deflection sensor | |
JP2006515463A (en) | Electroactive transducers that generate / sense out-of-plane transducer motion using radial electric fields | |
CN107238730B (en) | Piezoelectric high-frequency vibration table | |
US9726490B2 (en) | Angular velocity sensor | |
US7336022B2 (en) | Piezoelectrical bending converter | |
WO2013065657A1 (en) | Stacked piezoelectric element, ultrasound transducer, and method of manufacturing stacked piezoelectric element | |
WO2015093357A1 (en) | Operation input apparatus | |
CN108089728B (en) | Electronic device and triaxial stress sensor thereof | |
JP2016156669A (en) | Sensor element, force detection device and robot | |
JPH0749354A (en) | Piezoelectric vibration sensor | |
JP2010175500A (en) | Impact sensor | |
JP2000206140A (en) | Piezoelectric acceleration sensor | |
TWI552397B (en) | Electronic device and quad-axial force and torque measurement sensor thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140804 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140804 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150107 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150528 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150602 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150731 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150925 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151113 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151208 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151221 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5866891 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |